Выявление закономерностей связывания гуминовых веществ торфов с тяжелыми металлами и формами монтмориллонита тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат наук Осина, Кристина Викторовна

• Осина, Кристина Викторовна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Осина, Кристина Викторовна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ, МЕТОДАХ ВЫДЕЛЕНИЯ И СВОЙСТВАХ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

1.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

1.1.1 Элементный анализ гуминовых веществ

1.1.2 Структурно-групповой состав гуминовых веществ

1.1.3 Инфракрасная спектроскопия гуминовых веществ

1.1.4 Молекулярно - массовый состав гуминовых веществ

1.1.5 Методы фракционирования природных объектов

1.1.6 Конформационные изменения и растворимость гуминовых веществ

1.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ АТОМНО - СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

1.3 КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

1.4 АДСОРБЦИЯ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ НА ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛАХ

1.5 БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.2 ВЫДЕЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

2.3 ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

2.3.1 Выделение гиматомелановых кислот

2.3.2 Фракционирование гуминовых веществ методом дробного осаждения

2.3.3 Фракционирование гуминовых веществ методом электрофореза

2.3.4 Фракционирование гуминовых веществ методом гель-проникающей хроматографии

2.4 ПОЛУЧЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ФОРМ МОНТМОРИЛЛОНИТА

2.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

2.5.1 Элементный анализ гуминовых веществ

2.5.2 Электронная спектроскопия гуминовых веществ в ультрафиолетовой и видимой области

2.5.3 Инфракрасная (ИК) спектроскопия гуминовых веществ

2.5.4 Фотометрический анализ гуминовых веществ

2.5.5 Определение критической концентрации мицеллообразования гуминовых веществ

2.5.6 Кислотно-основные свойства и содержание основных функциональных групп в составе гуминовых веществ

2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОРМ МОНТМОРИЛЛОНИТА

2.6.1 Рентгеноструктурный анализ

2.6.2 Определение рН солевой вытяжки

2.7 ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ ПО ОТНОШЕНИЮ К ИОНАМ МЕТАЛЛОВ

2.7.1 Исследование образования нерастворимых гуматов Pb2+ и Zn2+

2.7.2 Определение константыы устойчивости гуматов металлов

2.7.3 Исследование влияния pH среды на комплексообразование гуминовых

веществ с ионами металлов

2.8 ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗЫВАНИЯ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ ФОРМАМИ МОНТМОРИЛЛОНИТА ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

2.8.1 Определение влияния pH среды на связывание гуминовых веществ формами монтмориллонита

2.8.2 Определение влияния концентрации гуминовых веществ на связывание с формами монтмориллонита

2.9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ И ГУМАТОВ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

2.10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕТОКСИЦИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ ПО ОТНОШЕНИЮ К ИОНАМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ И МОНТМОРИЛЛОНИТА

3.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

3.2 ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

3.3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

3.4 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОРМ МОНТМОРИЛЛОНИТА

ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В СИСТЕМАХ СОДЕРЖАЩИХ ГУМИНОВЫЕ ВЕЩЕСТВА И ИОНЫ МЕТАЛЛОВ

4.1 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ С КАТИОНАМИ Pb2+ И Zn2+

4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ МЕТАЛЛСВЯЗЫВАЮЩИХ ЦЕНТРОВ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

4.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ УСТОЙЧИВОСТИ КОМПЛЕКСОВ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ С КАТИОНАМИ Pb2+ И Zn2+ МЕТОДОМ КОНКУРЕНТНОГО КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ

4.4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ С ГУМИНОВЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ рН СРЕДЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ КАТИОНА МЕТАЛЛА В РАСТВОРЕ

4.4.1 Влияния рН среды на связывание ионов металлов гуминовыми веществами

4.4.2 Связывание гуминовых веществ с ионами свинца и цинка при фиксированных значениях pH (3,5; 6,5; 9,5)

4.5 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РАСЧЕТА СОРБЦИИ

4.6 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СВЯЗЫВАНИЕ

ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ МОНТМОРИЛЛОНИТОМ

4.6.1 Зависимость сорбции гуминовых веществ от концентрации и рН среды на формах монтмориллонита

4.6.2 Зависимость сорбции гуминовых веществ на формах монтмориллонита при

фиксированных значениях рН среды

ГЛАВА 5. ИЗУЧЕНИЕ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

ГЛАВА 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕТОКСИЦИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

6.1 Выбор и культивирование тест-объектов

6.2 Определение диапазона токсичности ионов Pb2+

6.3 Определение диапазона токсичности ионов Zn2+

6.4 Определение детоксицирующей способности гуминовых веществ по отношению к катионам Pb2+ и Zn2+

6.5 Определение детоксицирующей способности фракций гуминовых веществ по отношению к катионам Pb2+ и Zn2+

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Сокращения и обозначения

ААС - атомно-абсорбционная спектрометрия

АСМ - атомно-силовая микроскопия

ГВ - гуминовые вещества

ГК - гуминовые кислоты

ГМК - гиматомелановые кислоты

ДДС - додецилсульфат натрия

ИК - инфракрасная спектроскопия

МетСЦ - металлсвязывающие центры

ММР - молекулярно-массовое распределение

ММТ - монтмориллонит

ПААГ - полиакриламидный гель

ПАУ - полиароматические углеводороды

ПДК - предельно-допустимые концентрации

ТМ - тяжелые металлы

ФК - фульвокислоты

УФ - ультрафиолетовый

ЯМР - ядерно-магнитный резонанс

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выявление закономерностей связывания гуминовых веществ торфов с тяжелыми металлами и формами монтмориллонита»

ВВЕДЕНИЕ

Гуминовые вещества (ГВ) входят в состав различных каустобиолитов (торф, сапропель и бурый уголь), почв и природных вод (болот, морских и речных вод). Торф, вследствие широкого распространения в различных регионах, является основным источником для получения гуминовых веществ. Гуминовые вещества обладают амфифильным характером из-за присутствия гидрофильных и гидрофобных фрагментов в их структуре, слабые внутри- и межмолекулярные взаимодействия регулируют размер агрегатов молекул ГВ в растворе. Макромолекулы ГВ полифункциональны, что обеспечивает образование устойчивых комплексов с экотоксикантами различной природы, тем самым уменьшая их миграционную способность и контролируя аккумуляцию [1, 2].

Основными факторами, влияющими на комплексообразующую способность гуминовых веществ, являются молекулярно-массовое распределение и структурно-групповой состав. Гиматомелановые кислоты (ГМК) - фракция, выделяемая из свежеосажденных гуминовых веществ этанолом, характеризуется высоким содержанием углерода (более 60%) [2]. Гиматомелановые кислоты проявляют значительную биологическую активность по отношению к микроорганизмам, однако их связывающая способность с ионами тяжелых металлов недостаточно освещена в литературе, вследствие чего они являются наиболее перспективными объектами для исследования.

Моделирование биогеохимических циклов ионов тяжелых металлов, соответствующих реальным процессам, невозможно без учета влияния гуминовых веществ и минеральных компонентов почв (основу которых составляют глинистые минералы: монтмориллонит, каолинит и гидрослюды). Связывание гуминовых веществ на поверхности глинистых минералов приводит к дополнительной активации металлсвязывающих центров гуминовых веществ. Процесс сорбции ГВ на монтмориллоните в значительной степени зависит от условий проведения иммобилизации и величины межпакетного расстояния

природных минералов. С уменьшением рН среды гуминовые вещества и их фракции легко подвергаются конформационным изменениям, что приводит к инактивации части функциональных групп внутри макромолекулы за счет окружения их гидрофобными структурами и образования внутримолекулярных водородных связей. Для выявления механизмов взаимодействия ГВ с минеральными компонентами почв необходимо установление количественных взаимосвязей между структурой и свойствами ГВ и их фракций. Поэтому особенно актуальным является разработка сорбционных моделей «гуминовое вещество - экотоксикант», учитывающих pH среды, гетерогенность структуры гуминовых веществ и влияние различных факторов на их комплексообразующую способность.

Основным направлением исследований является комплексное изучение физико-химических процессов связывания ионов тяжелых металлов с гуминовыми веществами и установление количественной взаимосвязи между структурой ГВ и их комплексообразующей и детоксицирующей способностью по отношению к токсикантам, а также разработка эффективных природных и полусинтетических сорбентов для очистки вод.

Степень разработанности темы исследования. Многочисленные работы посвящены изучению комплексообразующей и детоксицирующий способности гуминовых веществ по отношению к поллютантам различной природы. Отечественные и зарубежные ученые (Д.С. Орлов, И.В. Перминова, Н.Ю. Гречищева, F.J. Stevenson, E.M. Murphy и др.) показали, что гуминовые вещества способны взаимодействовать с различными классами экотоксикантов (ионы тяжелых металлов, полициклические ароматические углеводороды, нефть, нефтепродукты и т.д.), в результате чего уменьшаются их биодоступность, миграция и токсичность. Однако открытым остается вопрос о механизмах взаимодействия гуминовых веществ с токсикантами и влиянии минеральных компонентов почвы на связывающую способность гуминовых веществ, а также нет достаточно полного описания структуры гуматов металлов и до конца не ясны

конформационные изменения гуминовых веществ, протекающие при связывании с ионами металлов. Сложившаяся ситуация определяет актуальность выбранной темы исследования.

Целью диссертационного исследования являются выявление закономерностей связывания нативных и фракционированных гуминовых веществ торфов с тяжелыми металлами (на примере ионов свинца и цинка), формами монтмориллонита в зависимости от концентрации и рН среды и определение детоксицирующих свойств гуминовых веществ по отношению к ионам тяжелых металлов.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выделить гуминовые вещества из торфов различного генезиса (черноольховый низинный и сфагновый переходный); получить модифицированные формы глинистого минерала на основе монтмориллонита и определить физико-химические характеристики анализируемых образцов.

2. Установить закономерности протекания процессов сорбции, осаждения и комплексообразования в системах, содержащих гуминовые вещества и ионы тяжелых металлов (РЬ2+, Zn2+), в зависимости от рН и концентрации катионов металла.

3. Оптимизировать процесс расчета параметров сорбции в системе, содержащей гуминовые вещества и ионы тяжелых металлов, и построить трехмерные модели изотерм связывания с учетом концентрации ионов металла и рН среды.

4. Выявить особенности поглощения гуминовых веществ природным монтмориллонитом и его модифицированными формами с расширяющейся структурной ячейкой при разных значениях рН и концентрации гуминовых веществ; рассчитать параметры сорбционных процессов в системе «гуминовые вещества - форма монтмориллонита».

5. Выявить особенности адсорбционного слоя гуминовых веществ на гидрофильной слюде и влияние ионов тяжелых металлов на конформационные изменения гуминовых веществ методом атомно-силовой микроскопии (АСМ).

6. Получить количественные характеристики детоксицирующей способности гуминовых веществ и их фракций (коэффициенты и константы детоксикации) по отношению к ионам Pb2+, Zn2+, используя тест-объекты, ранее неиспользованные в качестве биоиндикаторов с ГВ, дрожжи Debaryomyces hansenii.

Научная новизна:

• Впервые для гуминовых веществ черноольхового низинного и сфагнового переходного торфов и фракций гуминовых веществ рассчитано содержание свинец- и цинксвязывающих центров; определены константы устойчивости нерастворимых комплексов «гуминовые вещества - ион металла».

• На основании токсикологических экспериментов с ранее неиспользованными (Debaryomyces hansenii) и стандартными (Escherichia coli) микроорганизмами, выбранными в качестве тест-объектов, впервые количественно определена детоксицирующая способность гуминовых веществ торфов различного генезиса и их фракций по отношению к ионам Pb2+ и Zn2+.

• Впервые получены диаграммы распределения гуминовых веществ торфов различного генезиса и гиматомелановых кислот на исходной и алюминиевой формах монтмориллонита и установлена количественная взаимосвязь между сорбцией гуминовых веществ и размером структурной ячейки монтмориллонита с учетом pH сорбционной среды.

Теоретическая и практическая значимость.

• Результаты работы могут быть использованы для разработки технологий получения природных сорбентов на основе гуминовых веществ торфов и их применения при рекультивации загрязненных почв и очистке вод (питьевой, промышленной, грунтовой) от тяжелых металлов.

• Полученная модель трехмерной изотермы сорбции является характеристикой сорбции катионов металлов на гуминовых веществах и их фракциях. Моделирование процессов может быть использовано в гидрохимических расчетах при оценке экологического риска загрязнения водоемов тяжелыми металлами Zn2+), а также для мониторинга поведения тяжелых металлов в природных средах.

• Полученные данные по влиянию гуминовых веществ торфов и фракций на микроорганизмы, способность связывать ионы тяжелых металлов (Pb2+, Zn2+) в нерастворимые комплексы, и тем самым проявлять детоксицирующий эффект, могут быть использованы для прогноза развития токсикологической ситуации в экосистемах, загрязненных катионами свинца и цинка.

• Предложены эффективные природные и полусинтетические сорбенты на основе гуминовых веществ и модифицированной формы монтмориллонита, обладающие повышенной сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов (патент на изобретение «Способ получения низкомолекулярной фракции гуминовых веществ черноольхового низинного торфа с молекулярной массой 98 кДа» №2611525 от 27.02.2017; охранные документы об отнесении информации к категории коммерческая тайна (Ноу-Хау) - приказ от 09.12.16 № 1892 «Способ получения углеродосодержащего сорбента на основе гиматомелановых кислот сфагнового переходного торфа для инактивации тяжелых металлов в воде»; приказ от 21.10.2016 № 1609 «Метод получения гумино-минерального сорбента на основе алюминий-интеркалированной формы бентонитовой глины».

Методология и методы исследований. Основными методами исследований являлись современные физико-химические методы анализа: атомно-абсорбционная спектрометрия с электротермической атомизацией, ИК-спектроскопия, потенциометрия.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследований обеспечивается значительным объемом обработанного

материала лабораторных исследований, подтверждается публикациями в рецензируемых журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при Министерстве образования и науки Российской Федерации (ВАК РФ). Экспериментальные исследования выполнены с использованием современного оборудования и средств измерения, методик количественного и качественного химического анализа с применением высокочувствительных инструментальных методов. Результаты экспериментов получены в результате многократных измерений и последующей обработки с применением методов математической статистики (n=6, P=0,95). Воспроизводимость результатов не выходит за пределы допустимых погрешностей.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Закономерности сорбционных процессов тяжелых металлов (Pb2+, Zn2+) на гуминовых веществах торфов различного происхождения и их фракциях.

2. Биологическая активность и детоксицирующая способность гуминовых веществ торфов и их фракций.

3. Особенности адсорбционного слоя гуминовых веществ на поверхности гидрофильной слюды. Закономерности связывания гуминовых веществ и их фракций на поверхности природного монтмориллонита и его модифицированных формах с расширяющейся структурной ячейкой.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы были доложены на Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Экотоксикология» (Тула, 2013, 2014, 2015) (диплом победителя конкурса); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем» (Киров, 2014); The 15th European Meeting on Environmental Chemistry (EMEC15) (Brno, Czech Republic, 2014); International Symposium of the German Priority Programme SPP 1315 Biogeochemical Interfaces in Soil on: Biogeochemical Interfaces in Soil - Towards a Comprehensive and Mechanistic Understanding of Soil Functions (Leipzig, 2014);

Международной научной конференции XVIII Докучаевские молодежные чтения «Деградация почв и продовольственная безопасность России» (Санкт-Петербург, 2015); Международной заочной научно-практической конференции молодых учёных «Фундаментальные и прикладные исследования в современной химии» (Нежин, 2015); IX Региональной молодёжной научно-практической конференции Тульского государственного университета «Молодёжные инновации» (Тула, 2015); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экология родного края: проблемы и пути решения» (Киров, 2016); Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2017); Всероссийской научной конференции «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (студенческая научная школа-конференция «Дни науки в ИГХТУ») (Иваново, 2018).

Автор работы является победителем конкурса Программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса», реализуемой Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (2013), обладателем гранта совместной программы Минобрнауки РФ и Германской службы академических обменов DAAD «Михаил Ломоносов» (2015).

Публикации. По материалам исследования опубликовано 18 работ, из них 8 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 - индексируемая в базе данных Web of Science; получен патент на изобретение № 2611525 от 27.02.2017, зарегистрировано 2 Ноу-Хау.

Личный вклад автора состоял в постановке цели и задач диссертационной работы, в самостоятельном выполнении экспериментальных исследований, обработке результатов, их интерпретации и практической апробации.

Место проведения работы. Работа выполнена на кафедре химии Естественнонаучного института ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» при поддержке субсидии на выполнение Государственного задания в сфере научной деятельности в рамках проектной части по теме № 5.241.2014/K

«Поглощение микроэлементов органо-минеральными системами, включающими гуминовые вещества различного происхождения и глинистые минералы с расширяющейся структурной ячейкой».

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, четырех глав с результатами и их обсуждением, заключения, списка цитируемой литературы из 149 источников. Работа представлена на 156 страницах печатного текста, содержит 55 рисунков и 21 таблицу.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ, МЕТОДАХ ВЫДЕЛЕНИЯ И СВОЙСТВАХ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

1.1 Общая характеристика гуминовых веществ

Гуминовые вещества (ГВ) представляют собой полидисперсные макромолекулы сложного строения [2]. Они образуются в процессе микробиологического и химического разложения (гумификации) растительных и животных останков, в результате чего формируются новые структуры, которые являются наиболее стабильными в окружающей среде [3, 4].

Гуминовые вещества имеют неопределенные состав и свойства, которые варьируются в зависимости от происхождения и процесса получения. Однако для всех гуминовых веществ характерно наличие каркасной и периферической частей (алифатические фрагменты). Каркасная часть гуминовых веществ состоит из ароматических фрагментов (лигнин и его производные), замещенных различными функциональными группами. В состав периферической части входят полисахариды, аминокислоты, зольные компоненты - силикаты, алюмосиликаты, оксиды железа [5-7]. Гуминовые вещества обладают амфифильным характером из-за присутствия гидрофильных и гидрофобных фрагментов в их структуре. В литературе показано, что слабые внутри- и межмолекулярные взаимодействия, такие как гидрофобные, регулируют размер агрегатов молекул гуминовых веществ в растворе [8]. Конформационные изменения гуминовых веществ в растворе зависят преимущественно от гидрофобных взаимодействий.

С точки зрения коллоидной химии гуминовые вещества - это дисперсные системы, обладающие большой площадью поверхности, электроповерхностными и поверхностно-активными свойствами. Результирующий отрицательный заряд молекул гуминовых веществ приводит к образованию катион-обменных (активных) центров и обуславливает многочисленные интер - и интрамолекулярные зарядные взаимодействия. Из-за наличия внутри гуминовых

веществ гидрофобных участков и внешних гидрофильных зон можно предположить мицеллярную модель организации ГВ в водной среде [9-10].

Гуминовые вещества могут образовывать мицеллы при концентрации выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ) [8-10]. В почвенных условиях такие поверхностные свойства гуминовых веществ играют важную роль в транспортировке, аккумуляции, биодоступности и способности гуминовых веществ к биологическому разложению [11-13]. Способность гуминовых веществ образовывать псевдо-мицеллы в нейтральных и кислых средах нашла применение при рекультивации загрязнений [14-17] и для увеличения растворимости в воде гидрофобных лекарственных средств [18-19]. Обширный спектр функциональных групп и супрамолекулярное строение макромолекул гуминовых веществ обеспечивают их высокую реакционную способность. Наличие в их составе ароматических фрагментов в сочетании с гидроксильными и карбоксильными группами позволяет гуминовым веществам вступать в ионообменные, комплексообменные и сорбционные взаимодействия с различными классами экотоксикантов, вследствие чего уменьшается биодоступность, миграция и токсичность поллютантов [20-23].

Гуминовые вещества находят применение в различных областях (таблица 1.1), что связано с широким спектром их свойств, обусловленных наличием в составе фенольных и карбоксильных функциональных групп и их способностью к депротонированию [3, 7, 37].

Таблица 1.1 - Применение гуминовых веществ

Область Функциональные эффекты гуминовых Структурный Ссылка

применения веществ фрагмент

Рекультивация Образование нетоксичных комплексов, -ОН / -СООН 12, 13,

загрязнений уменьшение миграции и аккумуляции 22, 23

токсикантов

Сельское Рост и питание растений, -ОН / -СООН 25 - 27

хозяйство бактерицидный и фунгицидный эффекты хиноиды

Медицина Противовирусные, антимутагенные, -ОН / -СООН 28 - 29

противовоспалительные свойства хиноиды

Фармацевтика УФ-защита, антиокислительные -ОН / -СООН 30 - 36

и косметология свойства хиноиды

15

Антиоксидантные, фунгицидные свойства и бактерицидная активность гуминовых веществ связаны с наличием хиноидов, фенолов и карбоксильных групп в их структуре, кроме того, гуминовые вещества обладают противовирусной и противовоспалительной активностью [29, 31, 33, 38-40]. Содержание функциональных групп в составе гуминовых веществ зависит от их происхождения, возраста, климата и метода извлечения [41-43].

Гуминовые вещества извлекают из различных природных объектов. Наиболее обогащенным источником гуминовых веществ является бурый уголь. Содержание гуминовых веществ в нем составляет до 85%. Сапропель является вторым источником по количеству извлекаемых гуминовых веществ. Содержание ГВ в сапропелях изменяется в диапазоне от 6,7 до 71,2%. Третий источник по объему добычи гуминовых веществ - торф. Содержание гуминовых веществ в торфе составляет от 5 до 52%. В почве гуминовые вещества находятся в интервале от 1 до 12% [7, 44].

Коммерческие гуминовые вещества извлекают из природных объектов, которые являются возобновляемыми источниками углерода (торф и угль). В последнее время установлено, что гуминовые вещества могут быть получены путем ферментации с использованием компоста пальм в качестве субстрата, который является естественным и устойчивым ресурсом [45]. Кроме того, химический синтез также может быть использован для получения гуминовых веществ в результате реакций полимеризации и конденсации [32, 46].

Общепринятая классификация гуминовых веществ основана на различии их растворимости в кислотах и щелочах [3, 41, 47]. Гуминовые вещества, согласно данной классификации, подразделяют на три составляющие: гуминовые кислоты (ГК) - фракция ГВ, растворимая в щелочах и нерастворимая в кислотах (при рН < 2); фульвокислоты (ФК) - фракция ГВ, растворимая и в щелочах, и в кислотах; гиматомелановые кислоты (ГМК) - группа ГК, выделяемая из свежеосаждённого раствора гумусовых кислот раствором этанола, имеющая темно-красную окраску. Отличительной особенностью ГМК являются высокое атомное отношение Н:С,

низкий молярный коэффициент поглощения и высокая интенсивность полосы поглощения в интервале 1700-1720 см-1 в ИК-спектрах [3].

Гумин - неизвлекаемый (негидролизуемый) остаток, нерастворимый ни в щелочах, ни в кислотах, в составе которого могут содержаться неспецифические соединения, такие как целлюлоза, лигнин и хитин (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Классификация гуминовых веществ по Д.С. Орлову [47]

Гуминовые кислоты - наиболее реакционноспособная фракция гумусовых кислот, растворимая в щелочной среде и нерастворимая в воде и кислой среде, которая образует легкорастворимые в воде соли с одновалентными катионами (К+, №+, №+) и нерастворимые - с двух - и трехвалентными катионами (Са2+, РЬ2+, 7и2+, А13+, Бе3+) [47].

В последнее время в России активно используются ионообменные смолы для выделения гуминовых веществ из различных природных объектов. Большая серия работ по адсорбции гуминовых веществ на синтетических анионообменниках опубликована Славинской Г.В. и др., Авторами показано преимущество использования макропористых ионообменников для получения гуминовых веществ [47].

Для извлечения и фракционирования гуминовых веществ интенсивно использовали макропористые анионообменники на основе целлюлозы. Значительный вклад к применению метода фракционирования на целлюлозные адсорбенты для изучения состава компонентов органических веществ внесли Васильчук Т.А., Линник Р.П. и др. [49, 50].

В работах Першиной И.В. и др. по извлечению гуминовых веществ и фульвокислот из пресных вод с использованием диэтиламиноэтилцеллюлозы (ДЭАЭ) было показано, что максимальное извлечение гуминовых веществ достигается при использовании макропористых анионообменников. Однако, для таких ионообменников существенным недостатком является резкое снижение эффективности извлечения ГВ из морских вод из-за высокой конкуренции с неорганическими анионами (хлорид и сульфат ионов) [51, 52].

Общепринятым методом извлечения гуминовых веществ является стандартная методика (щелочная экстракция при температуре 95-98°С в течение 1 - 2 часов) и использование неионогенных макроситовых сорбентов, таких как XAD-8, рекомендованные Международным гуминовым обществом (МГО, International Humic Substances Society) и представляющие гидрофильный сшитый полимер на основе полиметакрилата [53].

1.1.1 Элементный анализ гуминовых веществ

В настоящее время не существует единой экспериментальной базы по изучению гуминовых веществ. Химический состав гуминовых веществ может варьироваться в зависимости от географического происхождения, возраста, климата и биологических условий, данный факт затрудняет дать точную характеристику этих веществ [54].

Элементный состав ГВ является важнейшей характеристикой данного класса органических природных соединений. Информация об элементном составе позволяет определить степень конденсированности макромолекул гуминовых веществ. Известно, что макроэлементами, образующими молекулы гуминовых веществ, являются углерод, водород, азот, содержание серы находится на уровне 1-3%. Обязательной составной частью гуминовых веществ являются микроэлементы и вода.

Гуминовые кислоты содержат (масс. %): 46-62% углерода (C), 3-6% азота (N), 3-5% водорода (H) и 32-38% кислорода (O). Для фульвокислот (ФК) - 3644% C, 3-4,5 % N, 3-5 % H и 45-50% O [3]. Фульвокислоты отличаются более низким содержанием углерода и высоким содержанием кислорода по отношению к гуминовым веществам.

Данные элементного состава позволяют оценить атомные соотношения элементов, степень окисленности и ненасыщенности, а также получить информацию о принципах строения ГВ и химических изменениях в процессе гумификации. Для интерпретации данных элементного состава применяют различные приемы, общепринятым является графико-статистический анализ по von Wandruszka [11]. В основе данного анализа лежит вычисление атомных (мольных) отношений Н:С и О:С [3]. При соотношении Н:С < 1 в структуре ГВ преобладают ароматические фрагменты, если это соотношение лежит в диапазоне от 1 до 1,4, то в молекуле ГВ преобладают алифатические фрагменты [47]. Отношение О:С указывает на степень окисленности и является важной характеристикой ГВ. Однако этот способ неточно отражает степень окисленности, так как не учитывает роли водорода в окислительно-восстановительных реакциях.

Данные элементного анализа показывают только общие представления о строении гуминовых веществ. Конкретные структуры, входящие в основу ГВ, можно определить в результате химической деструкции. К основным методам деструкции гуминовых веществ можно отнести: гидролиз, окисление и пиролитический метод. В последнее время активно применяют недеструктивные физические методы, к которым относится ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

1.1.2 Структурно-групповой состав гуминовых веществ

Основные свойства гуминовых веществ, такие как растворимость, зависимость от рН среды, комплексообразование с ионами металлов,

биостимулирующие и детоксицирующие свойства, связаны с их структурой и функционально-групповым составом [55, 56].

В структуре ГВ присутствуют различные кислород-, азот- и серосодержащие функциональные группы: карбоксильные, фенольные, гидроксильные, карбонильные, хинойдные, сложноэфирные, тиольные и др. [3, 7].

Кислородсодержащие группы присутствуют как в каркасной, так и периферийной части молекулы гуминовых веществ. Основными кислородсодержащими группами являются: карбоксильные (18-61%), фенольные (9-38%), гидроксильные и карбонильные (14-25%) таблица 1.2 [3, 41, 47].

Таблица 1.2 - Функционально-групповой состав гуминовых веществ [57]

-СООН, -СООН + СлтОИ, СлтОН + Сл1кОН,

моль/г моль/г моль/г

Почва 1,5-4,7 3-6 6,9-9,2

Торф 2,3-4,6 6,2-8,5

Уголь 2,0-3,6 3,8-4,3 7,2-8,7

Донные отложения 2,2-3,9 3,7-5,8

Сумма фенольных и карбоксильных групп (общая кислотность) обуславливает кислотные свойства гуминовых веществ. Азотсодержащие группы входят в состав каркасной и периферийной частей. Азот входит в состав аминокислотных остатков (20-45%), аминосахаров (2-8%) и в виде солей аммония (8-15%). В каркасной части молекулы гуминовых веществ, азот находится в виде гетероциклических конденсированных ароматических соединений (индол, пиррол), а также КН2- групп, связанных с ароматическими кольцами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Осина, Кристина Викторовна, 2018 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Gen5-Fuhrman, H. Simultaneous removal of As, Cd, Cr, Cu, Ni and Zn from stormwater using high-efficiency industrial sorbents: Effect of pH, contact time and humic acid / H. Gen5-Fuhrman, P. S.Mikkelsen, A. Ledin // Science of The Total Environment. - 2016. - V. 566. - P. 76-85.

2. Aristilde, L. Complexes of the antimicrobial ciprofloxacin with soil, peat, and aquatic humic substances / L. Aristilde, G. Sposito //Environmental toxicology and chemistry. - 2013. - V. 32. - No. 7. - P. 1467-1478.

3. Орлов Д.С. Химия почв / Д.С. Орлов. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1992. -

295 с.

4. MacCarthy, P. The principles of humic substances // Soil Science. - 2001.

- - V. 166, - No. 11. - P. 738-751.

5. Plaschke, M. In situ AFM study of sorbed humic acid colloids at different pH / M. Plaschke, J. Römer, R.Klenze [et al.] // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 1999. - V. 160, - No. 3. - P. 269-279.

6. Perminova, I.V., Development of a predictive model for calculation of molecular weight of humic substances / I. V. Perminova, F. H. Frimmel, D. V. Kovalevskii [et al.] // Water Research. - 1998. - V. 32, No. 3. - P. 872-881.

7. Перминова, И.В. Анализ, классификация и прогноз свойств гумусовых кислот : дис. ...док. хим. наук : 02.00.02 / Ирина Васильевна Перминова; МГУ имени М.В. Ломоносова. - М. : МГУ, 2000. - 359 с.

8. Piccolo, A. Macromolecular changes of humic substances induced by interaction with organic acids / A. Piccolo, S. Nardi, G. Concheri //European Journal of Soil Science. - 1996. - V. 47. - No. 3. - P. 319-328.

9. Guetzloff, T. F. Organic Substances in Soil and Water Does humic acid form a micelle? / T. F.Guetzloff, J. A. Rice // Science of the Total Environment. - 1994.

- V. 152, - No. 1. - P. 31-35.

10. Dmitrieva, E. Surface properties of humic acids from peat and sapropel of increasing transformation / E. Dmitrieva, E. Efimova, K. Siundiukova [et al.]// Environmental Chemistry Letters. - 2015. - V. 13. - No. 2. - P. 197-202.

11. von Wandruszka, R. The role of selected cations in the formation of pseudomicelles in aqueous humic acid / R.von Wandruszka, C. Ragle, R. Engebretson // Talanta. - 1997. - V. 44. - No. 5. - P. 805-809.

12. Yates, L. M., Wandruszka R. V. Decontamination of polluted water by treatment with a crude humic acid blend / L. M.Yates, R. V. Wandruszka // Environmental Science & Technology. - 1999. - V. 33. - No. 12. - P. 2076-2080.

13. Sun, Z. Treatment of Waste Gases by Humic Acid / Z. Sun, B. Tang, H. Xie // Energy & Fuels. - 2015. - V. 29. - No.3. - P. 1269-1278.

14. Lassen, P. Solubilization of phenanthrene by humic acids / P. Lassen, L. Carlsen, // Chemosphere. -1997. - V. 34. - No. 4. - P. 817-825.

15. Lassen, P. The effect of humic acids on the water solubility and water -Organic carbon partitioning of fluorene and its NSO-heteroanalogues: Carbazole, dibenzofuran, and dibenzothiophene / P. Lassen, L. Carlsen // Chemosphere. - 1999. -V. 38. - No. 13. - P. 2959-2968.

16. Tejeda-Agredano, M. C. The effect of humic acids on biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons depends on the exposure regime / M. C. Tejeda-Agredano, P. Mayer, J. J. Ortega-Calvo // Environmental pollution. - 2014. - V. 184. -P. 435-442.

17. Johnson, W. P. PCE solubilization and mobilization by commercial humic acid / W. P. Johnson, W. W. John //Journal of contaminant hydrology. - 1999. - V. 35. - No. 4. - P. 343-362.

18. Mirza, M.A. Role of humic acid on oral drug delivery of an antiepileptic drug / M.A. Mirza, S.P. Agarwal, M.A. Rahman [et al.] //Drug development and industrial pharmacy. - 2011. - V. 37. - No. 3. - P. 310-319.

19. Martini, S. Increasing photostability and water-solubility of carotenoids: synthesis and characterization of P-carotene-humic acid complexes / S. Martini,

C.D'Addario, C. Bonechi [et al.] //Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. - 2010. - V. 101. - No. 3. - P. 355-361

20. Landrum, P. F.Reduction in bioavailability of organic contaminants to the amphipod pontoporeia-hoyi by dissolved organic-matter of sediment interstitial waters / P. F.Landrum, S. R. Nihart, B. J. Eadie [et al.] // Environmental Toxicology and Chemistry. - 1987. - V. 6, - No. 1. - P. 11-20.

21. Black, M. C. Dissolved organic macromolecules reduce the uptake of hydrophobic organic contaminants by the gills of rainbow-trout (salmo-gairdneri) / M. C. Black, J. F. McCarthy // Environmental Toxicology and Chemistry. - 1988. - V. 7, -No. 7. - P. 593-600.

22. Гречищева Н.Ю. Разработка научных основ применения гуминовых веществ для ликвидации последствий нефтезагрязнения почвенных и водных сред: дис. д-ра хим. наук: 03.02.08 / Наталья Юрьевна Гречищева. - Иваново, 2017. - 326 с.

23. Perminova, I.V. Remediation chemistry of humic substances: theory and implications for technology / I.V. Perminova, K. Hatfield // Use of humic substances to remediate polluted environments: from theory to practice / eds. by I.V. Perminova, K. Hatfield, N. Hertkon. - V. 52 of NATO Science Series IV. - Netherlands, 2005. - P. 336.

24. Tang W.W., Impact of humic/fulvic acid on the removal of heavy metals from aqueous solutions using nanomaterials: a review / W.W. Tang, G.M. Zeng, J.L. Gong [et al.] //Science of the total environment. - 2014. - V. 468. - P. 1014-1027.

25. Piccolo, A. Structural characteristics of humic substances as related to nitrate uptake and growth regulation in plant systems / A. Piccolo, S. Nardi, G. Concheri //Soil Biology and Biochemistry. - 1992. - V. 24. - No. 4. - P. 373-380.

26. Tahir, M.M. Lignite-derived humic acid effect on growth of wheat plants in different soils / M.M. Tahir, M. Khurshid, M.Z. Khan [et al.] //Pedosphere. - 2011. - V. 21. - No. 1. - P. 124-131.

27. Nardi, S. Physiological effects of humic substances on higher plants / S. Nardi, D. Pizzeghello //Soil Biology and Biochemistry. - 2002. - V. 34. - No. 11. - P. 1527-1536.

28. Schols, P. Selective inhibitory activity of polyhydroxycarboxylates derived from phenolic compounds against human immunodeficiency virus replication / P. Schols, R. Wutzler, B. Klöcking [et al.] //Journal of acquired immune deficiency syndromes. - 1991. - V. 4. - No. 7. - P. 677-685.

29. Neyts, J. Poly (hydroxy) carboxylates as selective inhibitors of cytomegalovirus and herpes simplex virus replication / J. Neyts, R. Snoeck, P. Wutzler [et al.] //Antiviral Chemistry and Chemotherapy. - 1992. - V. 3. - No. 4. - P. 215-222.

30. Klöcking, R. Development of an innovative peat lipstick based on the UV-B protective effect of humic substances / R. Klöcking, Y. Felber, M. Guhr [et al.] //Mires & Peat. - 2013. - V. 11. - P. 1-9.

31. Schols, P. Selective inhibitory activity of polyhydroxycarboxylates derived from phenolic compounds against human immunodeficiency virus replication / P. Schols, R. Wutzler, B. Klöcking [et al.] //Journal of acquired immune deficiency syndromes. - 1991. - V. 4. - No. 7. - P. 677-685.

32. Slawinska, P. Synthesis and properties of model humic substances derived from gallic acid / P. Slawinska, K. Polewski, P. Polewski [et al.] //Int. Agrophysics. -2007. - V. 21. - P. 199-208.

33. Khil'ko, S.L. Antioxidant properties of humic acids from brown coal / S.L. Khil'ko, I.V. Efimova, O.V. Smirnova //Solid Fuel Chemistry. - 2011. - V. 45. - No. 6. - P. 367-371.

34. Aeschbacher, M. Antioxidant properties of humic substances / M. Aeschbacher, C. Graf, R.P. Scwarzenbach [et al.] //Environmental science & technology. - 2012. - V. 46. - No. 9. - P. 4916-4925.

35. Pant, K. A humic matter panacea for cancer / K. Pant, B. Singh, T. Shilajit // Int. J. Toxicol. Pharmacol. Res. - 2012. - V.4. - No.2. - P. 217-25.

36. Kucerik, J. Antioxidant effect of lignite humic acids and its salts on the thermo-oxidative stability/degradation of polyvinyl alcohol blends / J. Kucerik, B. Bakajova, M. Pekar //Environmental Chemistry Letters. - 2008. - V. 6. - No. 4. - P. 241-245.

37. Perdue, E.M. Acidic Functional Groups of Humic Substances. In: Humic substances in soil, sediment and water. (Ed. by Aiken G.R., McKnight D.M., Wershaw R.L., MacCarthy P.) N.Y. - 1985. - P. 493-525.

38. Klöcking, R. Medical aspects and applications of humic substances / R. Klöcking, B. Helbig, //Biopolymers for Medical and Pharmaceutical Applications. WILEY-VCH Verlag GmbH & C. KGaA. Weinheim. - 2005. - P. 3-16.

39. Hassett, D.J. Hartenstein, Bactericidal action of humic acids / D.J. Hassett, M.S.I. Bise, R. //Soil Biology and Biochemistry. - 1987. - V. 19. - No. 1. - P. 111-113.

40. Sidiqui, Y. In vitro fungicidal activity of humic acid fraction from oil palm compost / Y. Sidiqui, S. Meon, R. Ismail [et al.] //Int. J. Agric. Biol. - 2009. - V. 11. -P. 448-452.

41. Stevenson, F.J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions. - 2 nd ed. - NewYork, NY : John Wiley & Sons, Inc., 1994. - 496 p.

42. Steelink, C. Elemental Characteristics of Humic Substances, in G.R. Aiken, D.M. McKnight., R.L. Wershaw, P. MacCarthy (Eds.), Humic Substances in Soil, Sediment, and Water, Wiley., 1985. - P 457-476.

43. Sposito, G. Sorption of trace metals by humic materials in soils and natural waters / G. Sposito, J. H. Weber //Critical Reviews in Environmental Science and Technology. - 1986. - V. 16. - No. 2. - P. 193-229.

44. Ricca, G. Structural investigations of humic-acid from leonardite by spectroscopic methods and thermal-analysis/ G. Ricca, L. Federico, C.Astori, R. Gallo // Geoderma. - 1993. - V. 57, No. 3. - P. 263-274.

45. Motta, F. L. Production of humic acids from oil palm empty fruit bunch by submerged fermentation with Trichoderma viride: Cellulosic substrates and nitrogen

sources/ F. L. Motta, M. H. A. Santana //Biotechnology progress. - 2013. - V. 29. - No. 3. - P. 631-637.

46. Kiprop, K. Synthesis of Humic and Fulvic Acids and their Characterization using Optical Spectroscopy (ATR-FTIR and UV-Visible) / K. Kiprop, M.-C. J-Coumon, E. Pourtier [et al.] //International Journal of Applied. - 2013. - V. 3. - No. 8. - P. 2835.

47. Орлов Д. С. Химия почв: учебник / Д. С. Орлов, Л. К. Садовникова, Н. И. Суханова М.: Изд-во Моск. ун-та. 1985. - 558 c.

48. Славинская Г.В. Фульвокислоты природных вод / Г.В. Славинская, В.Ф. Селеменев Воронеж: Воронежский ун-т. 2001. - 165 с.

49. Линник, П. Н. Гумусо-вые вещества природных вод и их значение для вод-ных экосистем (обзор) / П. Н. Линник, Т. А. Васильчук, Р. П. Линник // Гидробиологический журнал. - 2004. - Т. 40. - № 1. - С. 81-107

50. Васильчук, Т. А. Компонентный состав растворенных органических веществ некоторых притоков р. Днепр и его взаимосвязь с развитием планктонных водорослей / Т. А. Васильчук, П. Д. Клоченко // Гидробиол. журн. 2003. - Т. 39. - №5. - С. 101-114.

51. Першина, И.В. Флуориметрический метод определения фульвокислот в морских водах / И.В. Першина, Е.К. Иванова, Т.В Поленова, С.М.Черняк // Журнал аналитической химии. - 1986. - Т. 41. - С. 1256-1259

52. Першина, И. В. Исследование молекулярно-массового распределения и спектральных параметров фульвокислот природных вод. 1. Фракционирование фульвокислот методом гель-проникающей хроматографии / И. В. Першина, В. М. Вермул, Т. В. Поленова, Е. К. Иванова //Вестник МГУ. - 1989. - Т. 2. - С. 176182.

53. Zherebker, A. Y. Extraction of humic substances from fresh waters on solid-phase cartridges and their study by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry / A. Y. Zherebker, I. V. Perminova, A. I. Konstantinov [et al.] // Journal of Analytical Chemistry. - 2016. - V. 71, No. 4. - P. 372-378.

54. Alberts, J. J. Total luminescence spectra of IHSS standard and reference fulvic acids, humic acids and natural organic matter: comparison of aquatic and terrestrial source terms / J. J. Alberts, M. Takacs // Organic Geochemistry. - 2004. - V. 35, - No. 3. - P. 243-256.

55. de Melo, B.A.G. Humic acids: Structural properties and multiple functionalities for novel technological developments / B.A.G.de Melo, F.L. Motta, M.H.A. Santana //Materials Science and Engineering: - 2016. - V. 62. - P. 967-974.

56. MacCarthy, P. The principles of humic substances: An introduction to the first principle //Special Publication-Royal Society of Chemistry. - 2001. - V. 273. - P. 19-30.

57. Khan, S. U. The retention of hydrophobic organic compounds by humic acid / S. U. Khan, M. Schnitzer // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 1972. - V. 36,

- No. 7. - P. 745-754.

58. Lowe, L. E. Humic Substances Studies on the nature of sulphur in peat humic acids from the Fraser River Delta, British Columbia / L. E. Lowe // Science of the Total Environment. - 1992. - V. 113 - No. 1. - P. 133-145.

59. Орлов, Д. С. Свойства и функции гуминовых веществ/ Д. С. Орлов// Гуминовые вещества в биосфере /под ред. Д.С. Орлова. - М.: Наука, 1993. - 298 с.

60. Lovley, D.R. Humic substances as a mediator for microbially catalyzed metal reduction / D.R. Lovley, J. Woodward, E. Blunt-Harris, L. Hayes, E. Phillips, J. Coates // Acta Hydrochim. Hydrobiol. - 1998. - V. 26. - P. 152-157.

61. Жилин ДМ. Исследование реакционной способности и детоксицирующих свойств гумусовых кислот по отношению к соединениям ртути (II). 02.00.03; 11.00.11 / Жилин Денис Михайлович. - Москва : Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 1998. - 202 с.

62. Rodriguez, F. J. Monitoring changes in the structure and properties of humic substances following ozonation using UV-Vis, FTIR and 1H NMR techniques / F. J. Rodriguez, P. Schlenger, M. Garcia-Valverde // Science of the Total Environment.

- 2016. - V. 541. - P. 623-637.

63. Da Silva, J. Acid-base properties of fulvic acids extracted from an untreated sewage sludge and from composted sludge / J. Da Silva, A. Machado, M. Silva // Water Research. - 1998. - V. 32, - No. 2. - P. 441-449.

64. Ritchie, J. D. Proton-binding study of standard and reference fulvic acids, humic acids, and natural organic matter / J. D. Ritchie, E. M. Perdue // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2003. - V. 67, No. 1. - P. 85-96.

65. Ritchie, J.D. Proton-binding study of standard and reference fulvic acids, humic acids, and natural organic matter / J.D. Ritchie, E.M. Perdue // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2003. - V. 67. - No. 1. - P. 85-96.

66. Сиггиа, С. Количественный органический анализ по функциональным группам / С. Сиггиа, Дж.Г. Хана //.М., 1983. - 672 с.

67. Schnitzer, M. Humic substances in the environment / M. Schnitzer, S.U. Khan // N.Y. : Marcel Decker, 1972. - 327 c.

68. Данченко Н.Н. Функциональный состав гумусовых кислот: определение и взаимосвязь с реакционной способностью: кан. дис. ... кандидата химических наук : 02.00.03, 11.00.11 / Наталья Николаевна Данченко. - Москва. : МГУ, 1997. - 135 с.

69. Гармаш, А.В. Моделирование взаимодействия гумусовых кислот с ацетатом кальция. 1. Модель ионного обмена /А.В. Гармаш, Н.Н. Данченко, И.В. Перминова // Вестник Московского университета, серия 2 (Химия). -1999. - Т. 40. - С. 183-187.

70. Reid P. M., Wilkinson A. E., Tipping E., Jones M. N. Determination of molecular weights of humic substances by analytical (UV scanning) ultracentrifugation // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 1990. - V. 54, No. 1. - P. 131-138.

71. Thurman, E. M. Molecular size of aquatic humic substances / E. M. Thurman, R. L. Wershaw, R. L. Malcolm, D. J. Pinckney // Organic Geochemistry. -1982. - V. 4, - No. 1. - P. 27-35.

72. Chin, Y. P. Molecular-weight, polydispersity, and spectroscopic properties of aquatic humic substances / Y. P. Chin, G. Aiken, E. Oloughlin // Environmental Science & Technology. - 1994. - V. 28, No. 11. - P. 1853-1858.

73. Kudryavtsev, A. V. Size-exclusion chromatographic descriptors of humic substances / A. V. Kudryavtsev, I. V. Perminova, V. S. Petrosyan // Analytica Chimica Acta. - 2000. - V. 407, -No. 1-2. - P. 193-202.

74. Perminova, I. V. Molecular weight characteristics of humic substances from different environments as determined by size exclusion chromatography and their statistical evaluation / I. V. Perminova, F. H. Frimmel, A. V. Kudryavtsev [et al.] // Environmental Science & Technology. - 2003. - V. 37, - No. 11. - P. 2477-2485.

75. Piccolo, A. The supramolecular structure of humic substances / A. Piccolo // Soil Science. - 2001. - V. 166, -No. 11. - P. 810-832.

76. Piccolo, A. The supramolecular structure of humic substances: A novel understanding of humus chemistry and implications in soil science / A. Piccolo // Advances in Agronomy. - 2002. - V. 75. - P. 57-134.

77. Wershaw, R. L. Molecular aggregation of humic substances / R. L. Wershaw // Soil Science. - 1999. - V. 164, - No. 11. - P. 803-813.

78. von Wandruszka, R. The micellar model of humic acid: Evidence from pyrene fluorescence measurements / R. von Wandruszka // Soil Science. - 1998. - V. 163, - No. 12. - P. 921-930.

79. Perminova, I. V. Size exclusion chromatography of humic substances: Complexities of data interpretation attributable to non-size exclusion effects / I. V. Perminova // Soil Science. - 1999. - V. 164, - No. 11. - P. 834-840.

80. Trubetskoj, O. A. Polyacrylamide gel electrophoresis of soil humic acid fractionated by size-exclusion chromatography and ultrafiltration / O. A. Trubetskoj, O. E. Trubetskaya, G. V. Afanas'eva [et al.] // Journal of Chromatography A. - 1997. - V. 767, - No. 1-2. - P. 285-292.

81. Trubetskoj, O. A. Characterization of soil humic matter by polyacrylamide-gel electrophoresis in the presence of denaturating agents / O. A. Trubetskoj, L. Y.

Kudryavceva, L. T .Shirshova // Soil Biology & Biochemistry. - 1991. - V. 23. - No. 12. - P. 1179-1181.

82. Заварзина, А. Г. Фракционирование гуминовых кислот по относительной гидрофобности, размеру и заряду методом высаливания / А. Г. Заварзина, Н. Г. Ванифатова, А. А. Степанов // Почвоведение. - 2008. - T. 41, -№ 12. - C. 1466-1474.

83. Pramanik, P. Fractionation and characterization of humic acids from organic amended rice paddy soils / P. Pramanik, P. J. Kim //Science of the Total Environment. - 2014. - V. 466. - P. 952-956

84. Alvarez-Puebla, R. A. Effect of pH on the aggregation of a gray humic acid in colloidal and solid states / R. A. Alvarez-Puebla, J. J. Garrido // Chemosphere. -2005. - V. 59, - No. 5. - P. 659-667.

85. Meng X., Tang W., Wang L., Wang X., Huang D., Chen H., Zhang N. Mechanism analysis of membrane fouling behavior by humic acid using atomic force microscopy: Effect of solution pH and hydrophilicity of PVDF ultrafiltration membrane interface / X. Meng, W. Tang, L. Wang [et al.] // Journal of Membrane Science. - 2015.

- V. 487. - P. 180-188.

86. Colombo, C. Spontaneous aggregation of humic acid observed with AFM at different pH / C. Colombo, G. Palumbo, R. Angelico [et al.] // Chemosphere. - 2015.

- V. 138. - P. 821-828.

87. Liu, A. G. AFM on humic acid adsorption on mica / A. G. Liu, R. C. Wu, E. Eschenazi, K. Papadopoulos // Colloids and Surfaces a-Physicochemical and Engineering Aspects. - 2000. - V. 174, - No. 1-2. - P. 245-252.

88. Baalousha, M. Supramolecular structure of humic acids by TEM with improved sample preparation and staining / M. Baalousha, M. Motelica-Heino, S. Galaup, P. Le Coustumer // Microscopy Research and Technique. - 2005. - V. 66, -No. 6. - P. 299-306.

89. Paredes, J. R. Adhesion artefacts in atomic force microscopy imaging / J. R. Paredes, A. Martinez-Alonso, J. M. D. Tascon // Journal of Microscopy-Oxford. -2000. - V. 200. - P. 109-113.

90. Ueno, H. Mutagenicity and identification of products formed by aqueous ozonation of humic acids of different origins / H. Ueno, T. Segawa, K. Nakamuro, Y. Sayato, S. Okada // Chemosphere. - 1989. - V. 19, - No. 12. - P. 1843-1852.

91. Donose, B. C. The effect of ozonation on aggregation of humic substances on mica studied by atomic force microscopy / B. C. Donose, A. V. Nguyen, G. M. Evans, Y. Yan // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. -2008. - V. 329, - No. 1-2. - P. 100-105.

92. Murphy, E. M. Interaction of hydrophobic organic-compounds with mineral-bound humic substances / E. M. Murphy, J. M. Zachara, S. C. Smith [et al.] // Environmental Science & Technology. - 1994. - V. 28, No. 7. - P. 1291-1299.

93. Vermeer, A. W. P. Adsorption of humic acids to mineral particles. 2. Polydispersity effects with polyelectrolyte adsorption / A. W. P.Vermeer, L. K. Koopal // Langmuir. - 1998. - V. 14, - No. 15. - P. 4210-4216.

94. Chong, M. N. Recent developments in photocatalytic water treatment technology: A review / M. N. Chong, B. Jin, C. W. K. Chow, C. Saint // Water Research. - 2010. - V. 44, - No. 10. - P. 2997-3027.

95. Zeng, G. Shale gas: Surface water also at risk / G. Zeng, M. Chen, Z. Zeng // Nature. - 2013. - V. 499, -No. 7457. - P. 154-154.

96. Lesmana, S. O. Studies on potential applications of biomass for the separation of heavy metals from water and wastewater / S. O. Lesmana, N. Febriana, F. E. Soetaredjo [et al.] // Biochemical Engineering Journal. - 2009. - V. 44, No. 1. - P. 19-41.

97. Chen, Y. Soil organic matter interactions with trace elements / Y. Chen, F. J. Stevenson //The role of organic matter in modern agriculture. - Springer, Dordrecht. - 1986. - P. 73-116.

98. Litvin, V. A. Spectroscopy study of silver nanoparticles fabrication using synthetic humic substances and their antimicrobial activity / V. A Litvin., B. F. Minaev // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. - 2013. - V. 108. - P. 115-122.

99. von Wandruszka, R. Humic acids: Their detergent qualities and potential uses in pollution remediation / R. von Wandruszka // Geochemical Transactions. -2000. - V. 1, No. 1. - P. 1-6.

100. Christl I., Kretzschmar R. Relating ion binding by fulvic and humic acids to chemical composition and molecular size. 1. Proton binding //Environmental science & technology. - 2001. - Т. 35. - No. 12. - С. 2505-2511.

101. Vidali, R. An experimental and modelling study of Cu2+ binding on humic acids at various solution conditions. Application of the NICA-Donnan model / R. Vidali, E. Remoundaki, M. Tsezos //Water, Air, & Soil Pollution. - 2011. - V. 218. -No. 1-4. - P. 487-497.

102. Christl, I. Effect of humic and fulvic acid concentrations and ionic strength on copper and lead binding / I. Christl, A. I. Metzger, Heidmann [et al.] //Environmental science & technology. - 2005. - V. 39. - No. 14. - P. 5319-5326.

103. Никифорова Т.Е. Физико-химические основы хемосорбции ионов d-металлов модифицированными целлюлозосодержащими материалами: Дисс. ... докт. хим. наук.: 02.00.06 / Т. Е. Никифорова. Иваново. - 2014. - 365 с.

104. Gu, B. Competitive adsorption, displacement, and transport of organic matter on iron oxide: II. Displacement and transport / B. Gu, T. L. Mehlhorn, L. Liang [et al.] //Geochimica et Cosmochimica Acta. - 1996. - V. 60. - No. 16. - P. 2977-2992.

105. Lalonde, K. Preservation of organic matter in sediments promoted by iron / K. Lalonde, A. Mucci, A. Ouellet et al.] //Nature. - 2012. - V. 483. - No. 7388. - P. 198.

106. Wang, K.J. Structural and sorption characteristics of adsorbed humic acid on clay minerals / K.J. Wang, B.S. Xing //Journal of Environmental Quality. - 2005. -V. 34. - No. 1. - P. 342-349.

107. Попов А. И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование / А. И. Попов // СПб.: Изд-во С. Петерб. ун-та, - 2004. - 248 с.

108. Greenland D. J. Interactions between humic and fulvic acids and clays / D. J. Greenland //Soil Science. - 1971. - V. 111. - No. 1. - P. 34-41

109. Evans, L. T. The adsorption of humic and fulvic acids by clays / L. T. Evans, E. W. Russell //European Journal of Soil Science. - 1959. - V. 10. - No. 1. - P. 119-132.

110. du Jardin, P. Plant biostimulants: definition, concept, main categories and regulation / P. du Jardin //Scientia Horticulturae. - 2015. - V. 196. - P. 3-14.

111. Vaughan, D. Influence of humic substances on growth and physiological processes / D. Vaughan, R. E. Malcolm //Soil organic matter and biological activity. -Springer, Dordrecht, 1985. - P. 37-75.

112. Борисенко, В.В. Биологическая активность гуминового комплекса различного происхождения и его влияние на рост и развитие растений / В.В. Борисенко, С.Б. Хусид, Ю.А. Лысенко, Б.В. Фолиянц // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2015. - №.110. - C.1167-1177.

113. Бойкова О. И., Волкова Е. М. Химические и биологические свойства торфов Тульской области //Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. - 2013. - №. 3, - C. 253-264.

114. Дмитриева, Е. Д. Связывающая способность гуминовых веществ торфов и гиматомелановых кислот по отношению к полиароматическим углеводородам (на примере нафталина) / Е. Д. Дмитриева, Н. Н.Глебов, М. М. Леонтьева, К. В. Сюндюкова // Вестн. Том. гос. ун-та. Химия. - 2017. - № 7, - C. 8-23.

115. Ришар, К.Л.Е.Р. Роль фракционирования при изучении фотохимических свойств гумусовых веществ / К. Л. Е. Р. Ришар, Ж. И. С. Л. Я. Р. Гийо, Ж. П. Агуер [et al.]// Российский химический журнал. - 2008. - Т. 52. - №. 1. - С. 107-113.

116. Дмитриева ,Е. Д. Фракционирование гуминовых веществ, выделенных из торфов различного происхождения электрофоретическим методом / Е. Д. Дмитриева, А. А. Горячева, К. В. Сюндюкова [и др.] //Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. - 2015. - №. 3. - С. 243-248.

117. Kumar, P. Effect of OH/A1 ratio of pillaring solution on the texture and surface acidity of aluminium pillared clays / P. Kumar, R.V. Jasta G.T. Bhat // Indian J. of Chemistry. -1997. -V.36 A. - P.667-672.

118. Gil, A. Analysis of the microporosity in pillared clays / A. Gil, M. Montes //Langmuir. - 1994. - V. 10. - No. 1. - P. 291-297.

119. Дмитриева, Е.Д. Влияние рН среды на связывание ионов тяжелых металлов гуминовыми веществами и гиматомелановыми кислотами торфов / Е.Д. Дмитриева, К.В. Сюндюкова, М.М. Леонтьева, Н.Н. Глебов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2017. - Т. 159, кн. 4. - С. 575-588

120. Заварзина А.Н. Взаимодействие гуминовых кислот различного происхождения с ионами металлов и минеральными компонентами почв: Дис. ... канд. биол. наук: 04.00.03 / А. Г. Заварзина. - М., 2000. - 133 с.

121. Каюгин А.А. Распределение кадмия в модельных системах, содержащих каолинит и гуминовые кислоты: Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 /

A. А. Каюгин. - Тюмень, 2009. - 151 с.

122. Акатова, Е. В. Детоксицирующая способность гуминовых веществ торфов различного происхождения по отношению к ионам тяжелых металлов / Е.

B. Aкатова, Е. Д. Дмитриева, К. В. Сюндюкова, [и др.] //Химия растительного сырья. - 2017. - №. 1. - C. 119-127.

123. Куликова, Н.А. Защитное действие гуминовых веществ по отношению к растениям в водной и почвенных средах в условиях абиотических стрессов : дис.. докт. биол. Наук : 03.00.16, 03.00.27 / Н. А. Куликова ; МГУ имени М.В. Ломоносова. - М., 2008. - 302 с.

124. Perminova, I.V. Quantification and prediction of detoxifying properties of humic substances to polycyclic aromatic hydrocarbons related to chemical binding / I.V.

Perminova, N.Yu. Grechichsheva, D.V. Kovalevskii [et al.] // Environ. Sci. Technol. -2001. - V. 35. - P. 3841-3848.

125. Perminova, I.V. Mediating effects of humic substances in the contaminated environments. Concepts, results, and prospects / I.V. Perminova, N.A. Kulikova, D.M. Zhilin, N.Yu. Grechischeva [et al.] // Viable methods of soil and water pollution monitoring, protection and remediation / eds. by I. Twardowska, H.E. Allen, M.H. Haggblom, S. Stefaniak. - V. 69 of NATO Science Series IV - Netherlands, 2006. - P. 249-274.

126. Saab, S. C. Condensed aromatic rings and E4/E6 ratio: humic acids in gleysoils studied by NMR CP/MAS13C, and dipolar dephasing / S. C. Saab, L. Martin-Neto //Química Nova. - 2007. - V. 30. - No. 2. - P. 260-263.

127. Janos, P. Acid-base titration curves of solid humic acids / P. Janos, S. Krízenecká, L. Madronová //Reactive and Functional Polymers. - 2008. - V. 68. - No. 1. - P. 242-247.

128. Schnitzer, M. Humic substances: chemistry and reactions / M. Schnitzer //Developments in soil science. - 1978. - V. 8. - P. 1-64.

129. Wang, J. Binding characteristics of Pb2+ to natural fulvic acid extracted from the sediments in Lake Wuliangsuhai, Inner Mongolia plateau, PR China J. Wang, C. Lü, J. He, [et al.] //Environmental Earth Sciences. - 2016. - V. 75. - No. 9. - P. 768.

130. Xia, K. Studies of the nature of Cu 2+ and Pb 2+ binding sites in soil humic substances using X-ray absorption spectroscopy / K. Xia, W. Bleam, P. A. Helmke //Geochimica et Cosmochimica Acta. - 1997. - V. 61. - No. 11. - P. 2211-2221.

131. Wang, S. Influence of pH, soil humic/fulvic acid, ionic strength, foreign ions and addition sequences on adsorption of Pb (II) onto GMZ bentonite /S. Wang, J. Hu, J. Li [et al.] //Journal of hazardous materials. - 2009. - V. 167. - No. 1-3. - P. 4451.

132. Kretzschmar, R. Effects of adsorbed humic acid on surface charge and flocculation of kaolinite / R. Kretzschmar, D. Hesterberg, H. Sticher // Soil Sci. Soc. Am. J. - 1997. - V. 61. - P. 101-108.

133. Ghabbour, E. A., Understanding humic substances: advanced methods, properties and applications / eds. by G. Davies, E. Ghabbour. - Cambridge, UK, 1999. -P.129 - 145

134. Balcke, G.U. Adsorption of humic substances onto kaolin clay related to their structural features / G.U. Balcke, N.A. Kulikova, S. Hesse [et al.] // Soil Sci. Soc. Am. J. - 2002. - V. 66. - P. 1805-1812.

135. Guzman, M. Sorption-desorption of lead (II) and mercury (II) by model associations of soil colloids / M. Guzman, R. Celis, M.C. Hermosin, [et al.] //Soil Science Society of America Journal. - 2003. - V. 67. - No. 5. - P. 1378-1387.

136. Wang, K. Structural and sorption characteristics of adsorbed humic acid on clay minerals / K.Wang, B. Xing //Journal of Environmental Quality. - 2005. - V. 34. -No. 1. - P. 342-349

137. Пинский, Д.Л. Ионообменные процессы в почвах / Д.Л. Пинский // Пущино: Ин-т почвовед. и фотосинтеза. 1997. - 166 c.

138. Соколова, Т.А. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный обмен / Т.А. Соколова, С.Я. Трофимов // Тула: Гриф и К. 2009. - 174 c.

139. Murphy, E.M. Interaction of hydrophobic organic compounds with mineral-bound humic substances / E.M. Murphy, J.M. Zachara, S.C. Smith, [et al.] // Environmental Science and Technology. - 1994. -V. 28. -P. 1291-1299.

140. Perdue, E.M. Analytical constraints on the structural features of humic substances / E.M. Perdue // Geochim. Cosmochim. Acta. -1984. - V. 48. - No.7. -Р. 1435-1442.

141. Salman, M. Adsorption of humic acid on bentonite / M. Salman, B. El-Eswed, F. Khalili //Applied Clay Science. - 2007. - V. 38. - No. 1-2. pp. 51-56.

142. Бубнов, А.Г. Биотестовый анализ - интегральный метод оценки качества среды: учеб.- метод. пособие / А.Г. Бубнов, С.А. Буймова, А.А Гущин, Т.В. Извекова. - Иваново, 2007. - 112 с.

143. Pflug, W. Ziechmann W. Humic acids and the disruption of bacterial cell walls by lysozyme / W. Pflug //Soil biology and biochemistry. - 1982. - V. 14. - No. 2.

- P. 165-166.

144. Hassett, D. J. Bactericidal action of humic acids / D. J. Hassett, M. S. Bisesi, R. Hartenstein //Soil Biology and Biochemistry. - 1987. - V. 19. - No. 1. - P. 111-113.

145. Семенов А.А. Влияние гуминовых кислот на устойчивость растений и микроорганизмов к воздействию тяжелых металлов: автореф. дисс. канд. биол. наук: 03.00.27 / А. А. Семенов. М., МГУ. 2009. 26 с.

146. Cabrera, D. The toxicity of cadmium to barley plants as affected by complex formation with humic acid / D. Cabrera, S. D. Young, D. L. Rowell //Plant and soil. - 1988. - V. 105. - No. 2. - P. 195-204.

147. Flemming, C. A. Copper toxicity and chemistry in the environment: a review/ C. A. Flemming, J. T. Trevors //Water, Air, and Soil Pollution. - 1989. - Т. 44.

- No. 1-2. - С. 143-158.

148. Стрелков, В. М. Стимулирующее влияние продуктов механохимической деструкции гуминовых веществ торфа на рост кормовых дрожжей / Стрелков В. М., Гайлитис Ю. П., Шмит У. Я. [и др.] //Научные доклады высшей школы. Серия биологические науки. - 1991. - №. 10. - С. 81-87.

149. Тихоновб В.В. Действие гуминовых кислот на рост бактерий / В.В. Тихонов, А.В. Якушев, Ю.А. Завгородняя [и др.] // Почвоведение. - 2010. - № 3. -С. 333 - 341.